大港油田污水资源化利用技术及评价

振华石油控股有限公司

大港油田污水资源化利用技术及评价

刘小兵 汪益宁 刘兵

振华石油控股有限公司

随着油田含水率的上升，油田产出的污水日益增多。目前油田污水处理面临的问题主要有产水量和注水量供需不平衡，现有污水处理工艺无法满足要求，地层亏空、地面降低现象严重等。针对这些问题，一方面采用改性纤维球等新技术，实现油田采出污水处理达到低渗透油藏的注入水质要求。另一方面采用物理化学、生物化学等污水处理技术对油田污水进行深度处理，对油田采出污水二次分配，既可实现采出污水处理无害排放，又可实现油田采出污水的资源化利用，减少油田污水的排放总量，以满足低渗透油层注水开发的需要。采用污水资源化利用技术，油田每天可减少外排污水量约5 300 m3，每年节省外排费用约300万元。

大港油田；污水处理；污水回注；二次分配；无害化；资源利用

1 存在的问题

我国东部大港油田属于复杂断块油田，地质构造复杂，油田开发已进入后期，整体处于“双高”开发阶段。截至目前，油田共投产采油井3 592口，平均日产液量13.36×104m3，平均日产污水量11.78×104m3，原油综合含水达到92.4%。油田目前共有污水处理站20座，外排污水处理站6座，其中4座在用。外排污水处理主要采用生物处理法、物理化学法等新工艺[1]。油田污水处理后达到了国家二级排放标准，外排污水的达标率为100%。

随着油田含水率的上升，油田产出的污水日益增多，由于产水、注水量的不平衡[2]，实现污水资源化利用成为油田开发后期的主要任务。目前油田污水处理面临的问题主要有以下几个方面：

（1）产水量和注水量供需不平衡。部分区块所产污水大于地层注水需求量，地层产水无法有效合理利用。而另部分区块产出的污水水量不足，需补充水量注水。

图1 大港油田污水改清水工艺流程

（2）现有污水处理工艺无法满足要求。随着国家安全环保标准的不断升级，对外排污水的水质标准要求也越来越高，油田现有的污水外排站设计处理指标已经不能满足需要。若按照新的标准进行工艺改造和升级，会大大增加成本。

（3）地层亏空、地面降低现象严重。经过多年的开发，老油田的地层亏空现象非常严重，同时油田生产中采出大量的地下水，造成油田静水位显著降低。

2 油田污水资源化利用措施

2.1 应用新工艺技术实现污水回注

对大港油田低渗透区块污水改清水回注的可行性进行了综合研究评价，在专家充分研究论证的基础上，进行了国内石油开发领域第一个污水改清水试验工程，其注水工艺流程如图1所示。污水处理采用先进的改性纤维球过滤工艺技术，污水处理后的水质指标为：固体悬浮物含量2.6 mg/L；含油量6.3 mg/L；粒度中值1.7μm。而低渗透油藏的注入要求为：固体悬浮物含量低于3.0 mg/L；含油量低于8.0 mg/L；粒度中值低于2.0μm。处理后的污水水质指标达到了低渗透油藏的注入要求。

污水处理站投产后生产运行平稳，在油田多口注水井改注污水后，注水开发效果良好，总体上注水压力稳中有降，注水能力明显提升。目前已在油田开始推广应用该工艺，这项工艺技术的成功应用及推广，不仅减少了油田污水外排量，降低了环境污染，而且节约了地下水资源，取得了很好的经济效益和社会效益。

2.2 污水二次分配以解决油田注采供需矛盾

为了解决油田污水的供需矛盾，在大港油田建成了整个油田的供水网络以实施油田污水的二次分配和回注利用，以实现污水的宏观调配及油田采出污水的资源化利用。为此开展了多项污水配伍性研究和室内实验，从技术上确定了污水二次分配的可行性[3]。

2.2.1 选择可靠的污水配伍性实验方法

对于污水配伍性效果评价方法，目前还没有统一的行业标准或操作方法。常用的评价方法主要有以下几种：①比较混配前、后固体悬浮物含量变化；②比较混配前、后污水浊度变化；③SI值或PTB值预测；④比较混配前、后污水中钙和镁离子含量。

上述方法中都有各自的优点和缺点以及适用范围。固体悬浮物含量变化法的优点是准确性高，缺点是工作量大，不能用于评价污水高温下结垢后的配伍性；SI值或PTB值预测法的优点是应用范围广，评价以数据计算为主，缺点是准确度相对较低；钙、镁离子含量变化法的优点是适用范围广，评价精度高，缺点是操作复杂，实验工作量大。目前油田主要采用钙、镁离子含量变化法研究污水的配伍性。

2.2.2 污水配伍性实验

2站污水恒温密闭放置48 h后，失钙量为20 mg/L。1站和2站污水以4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4不同比例混合后恒温密闭，分别测定放置48 h后水样中的钙、镁离子含量变化值，并与单一种水的钙、镁离子含量的变化值进行比较。1站和2站不同比例污水混配后的配伍性实验结果如图2所示。

当两个站的污水以不同比例混合后，随着2站污水比例的增加，失钙量也会逐渐增加，当2站的污水比例超过一半时，失钙量已超出20 mg/L。因此，1站与2站污水混合时，2站的污水比例应低于50%，超出该范围后混合污水的配伍性会变差，无法满足注水要求。

图2 两污水站不同比例污水混配后的失钙量

同样，2站污水恒温密闭放置48 h后，失钙量为20 mg/L。1、3站混合污水与2站污水的室内配伍性实验结果如图3所示。1站、3站混合污水与2站污水以不同比例混合后，污水的失钙量范围为5～11 mg/L，都没有超出单一回注污水的失钙量。因此，可以确定1、3站混合污水与2站污水的配伍效果较好，两种污水可在任意比例范围内混配。

图3 1、3站混合污水与2站污水不同比例混配后的失钙量

经过全油田采油污水室内配伍性实验综合评价分析，对油田产出污水进行了宏观调控，可全部利用剩余油田污水，控制产量自然递减，缓解地层亏空现象，彻底消除了污水、污染物的排放，降低污染，改善了地区环境质量，节约了大量水资源，每年可以节省清水费用上千万元。

由于油田各区块产出污水的化学性质差异较大，某些区块的剩余污水能否回注地层，还需要进一步做不同区域混合水与地层的配伍性现场试验，论证污水回注的可行性，并制定方案。但因油田开发的不确定性，这项工艺改造工程也存在着一定的风险。

2.3 污水深度处理实现污水无害化

以孔一联污水站为例，该污水站位于环境污染敏感地带，外排污水超标的指标主要为石油类和COD，通过分析表明，该站污水不适合采用生物处理法。经过综合研究论证，明确了孔一污外排污水处理站采用物理化学法处理工艺技术，即在污水中加入微絮凝破乳剂进行除油、过滤，以去除污水中的乳化油和悬浮物，该处理方法能实现达标排放。孔一污外排站主要工艺流程如图4所示。

图4 孔一污外排污水微絮凝破乳过滤处理工艺流程

孔一联污水处理工程建成投产后运行良好，跟踪检测（每季度1次）结果表明：入口污水COD平均含量为456 mg/L；出口污水COD平均含量为138 mg/L；入口石油类平均含量为385 mg/L；出口石油类平均含量为9.42 mg/L；处理后水质达到GB8978—1996（污水综合排放标准）二级指标要求。通过实践证明，采用物理化学法处理工艺技术可以实现污水达标治理。

大港油田还采用生化处理技术处理污水。根据水质分析研究结果，优选污水指标具有较好的生化特性、适用于生化处理的污水站，最典型的是东二污外排站[4]。在该站，大港油田首次将高效优势菌生物处理技术和氧化塘处理技术同时应用于油田废水处理中，解决了油田污水矿化度高、温度高、含油量高等技术难题。工程于1999年建成投产，其工艺流程见图5。跟踪检测（每季度1次）结果表明：入口污水COD平均含量为342 mg/L；出口污水COD平均含量为102.1 mg/L；入口石油类平均含量为31.24 mg/L；出口石油类平均含量为7.58 mg/L；处理后水质完全达到污水综合排放标准。东二污外排站是国内陆上油田第一座达标排放示范站。

图5 东二污外排站生物处理工艺流程

大港油田污水处理配套新技术和新工艺的应用，取得了良好的经济效益和社会效益：

（1）可全部利用剩余油田污水，油田可减少外排污水量约5 300 m3/d，每年节省外排费用约300万元。

（2）优化油田的水资源，提高油田整体经济效益。对于缺水欠注生产的油田，保证回注水源，可增加注水开发效果，控制了产量自然递减，提高采收率，缓解了地层亏空和水资源短缺的问题，实现采油污水的资源化。

（3）节约了宝贵的水资源，每天可节约清水资源11 000 m3，年节约清水费用近1 500万元。

（4）最大限度地减少了对环境的污染，彻底消除了污水和污染物排放量，明显改善区域环境质量，降低环境污染和环保治理费用，每年可节约外排处理及污染赔偿费用1 000万元。

（5）南北油田干线贯通，便于水量调配，有利于油田长远可持续发展。

3 结论

（1）利用污水改清水回注工艺技术，减少了油田污水的排放总量，满足了低渗透油层注水开发的需要，提高了油田污水的利用率，取得了较好的经济效益和社会效益。

（2）对油田污水实行二次分配，完善地面供注水系统管网，适应了油田长远发展的需要，既可以实现油田污水的资源化利用，又可以解决剩余污水和油田生产中存在的矛盾。

（3）结合油田各区块的生产实际，以不同区块水质特点为基础，应用物理化学、生物处理等新工艺、新技术，实现了油田污水的达标排放，最大程度地降低了环境污染，实现了油田污水的无害化，为油田的可持续发展奠定了基础。

[1]韩超．大港油田污水处理浅析[J]．科技与企业，2012，16（5）：139.

[2]谢焜，梁晓亮，高蕊，等．大港油田污水处理新技术新工艺的应用与分析[J]．油气田地面工程，2010，29（10）：84-85.

[3]项勇，常斌．大港油田污水处理技术[J]．石油规划设计，2002，13（2）：17-18.

[4]邹红丽，王冬石．曝气生物滤池在大港油田污水处理中的应用[J]．电力科技与环保，2010，26（1）：42-44.

（栏目主持 樊韶华）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.031

刘小兵：高级工程师，1988年毕业于华东石油学院，从事油气田地面工程和工艺的研究工作。

2015-07-24

基金论文：中国石油天然气股份公司国家科技重大专项（2008ZX05010）。

18729538416、lxb@zhenhuaoil.com